双模摩擦纳米发电机及关节转动状态监测方法技术

本发明专利技术提供一种双模摩擦纳米发电机及关节转动状态监测方法，其包括定子组件和转子组件。定子组件，包括第一亚克力板、第一电极、第二电极和第三电极，第一电极和第二电极沿着第一亚克力板的径向交替均匀分布，第三电极位于第一亚克力板的中部，第一电极、第二电极和第三电极由PET薄膜封装，第一电极和第二电极组成径向阵列电极，第三电极组成阿基米德螺旋电极。本发明专利技术通过计算径向阵列电极产生脉冲信号的数量实现关节转动角度和转动速度的监测，通过阿基米德螺旋电极输出电压信号的增大和减小趋势实现关节转动方向的识别，结构设计降低了制造的复杂性，传感机制简化了信号处理算法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
双模摩擦纳米发电机及关节转动状态监测方法


[0001]本专利技术涉及纳米新能源
，特别涉及一种双模摩擦纳米发电机及关节转动状态监测方法。

技术介绍

[0002]监测关节的运动不仅可以为早期疾病诊断提供有用信息，还可以制定个性化的康复训练计划。在过去的几十年已经提出了一些基于霍尔效应、压电效应和光电效应的商业化矢量传感器。然而，对外部电源的依赖限制了它们的应用。另一方面随着物联网、大数据和人工智能等领域的发展，涌现出了大量的分布式传感器，这将产生巨大的能量消耗，制造自供电传感器是应对这些实际挑战的有效策略。基于摩擦起电和静电感应的摩擦纳米发电机具有重量轻、材料选择多、制造和成本低等优点，并且已经被证明可以作为各种自供电传感器运行。
[0003]为了满足不同领域对关节转动传感的需求，人们开发了各种类型的摩擦纳米发电机用于关节转动状态监测，一些研究人员通过摩擦纳米发电机输出信号的幅度来判断关节的弯曲程度，但由于影响输出信号幅度的因素过多，关节弯曲程度并不总是能够被准确量化。一些研究人员基于编码器原理设计了自供电角度传感器，通过各通道之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双模摩擦纳米发电机，其包括定子组件和转子组件，其特征在于，所述定子组件，其包括第一亚克力板、第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极和所述第二电极沿着所述第一亚克力板的径向交替均匀分布，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极由PET薄膜封装，所述第三电极位于所述第一亚克力板的中部，所述第一电极和所述第二电极组成径向阵列电极，所述第三电极组成阿基米德螺旋电极，所述阿基米德螺旋电极的表面积S
G
通过阿基米德螺线ρ1、圆ρ2和线段θ0围成的面积表示，所述阿基米德螺线ρ1、所述圆ρ2和所述线段θ0的极坐标方程如下：ρ1＝a+b(θ
a
+2π)(0≤θ
a
≤1.5π)ρ2＝x2θ0＝0(x1≤ρ3≤x2)式中，a，b，x1，x2为常数；所述转子组件，其包括第二亚克力板、第一PTFE薄膜和第二PTFE薄膜，所述第一PTFE薄膜沿着所述第二亚克力板的径向均匀分布，所述第二PTFE薄膜位于所述第二亚克力板的中部；所述定子组件和所述转子组件同轴心装配；所述双模摩擦纳米发电机的制作方法，其具体步骤包括：S1、根据径向阵列电极和阿基米德螺旋电极选取制作双模摩擦纳米发电机的材料，并建立双模摩擦纳米发电机的模型；S2、根据步骤S1得到的双模摩擦纳米发电机的模型制作定子组件和转子组件；S21、利用刻蚀制作双模摩擦纳米发电机的第一电极、第二电极和第三电极，并使用PET薄膜对第一电极、第二电极和第三电极进行封装；S22、利用激光切割出特定形状的PTFE薄膜；S23、分别将步骤S21得到的PET薄膜封装的第一电极、第二电极和第三电极和步骤S22得到的PTFE薄膜分别粘贴在第一亚克力板和第二亚克力板，得到定子组件和转子组件；S3、测试双模摩擦纳米发电机的电压输出特性。2.根据权利要求1所述的双模摩擦纳米发电机，其特征在于，所述步骤S21的具体制作步骤包括：S211、将镀有一定厚度铜的PET薄膜裁剪成一定直径的圆形，并将光致抗蚀膜粘贴在铜的表面，得到具有光致抗蚀膜的PET薄膜；S212、将菲林对准步骤S211得到的PET薄膜对应的定位孔上，同时通过曝光光源将径向阵列电极和阿基米德螺旋电极的结构形状照射到光致抗蚀膜上，使之感光；S213、将步骤S212中未曝光的区域通过显影液显影掉，同时将显影后露出铜的区域通过刻蚀液腐蚀掉，留下光致抗蚀膜覆盖的图形部分，接着通过剥离药液将蚀刻后的光致抗蚀膜剥离，得到径向阵列电极和阿基米德螺旋电极；S214、在步骤S213得到的径向阵列电极和阿基米德螺旋电极覆盖一层PET膜，并通过高温高压进行压合，并使用双面胶粘贴于第一亚克力板，得到定子组件。3.根据权利要求1所述的双模摩擦纳米发电机，其特征在于，所述第一电极、所述第二电极和所述第三电极均由铜制成。4.根据权利要求1所述的双模摩擦纳米发电机，其特征在于，在步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：马国梁，刘桂江，杨莹莹，张梦泽，张帅，陈春昊，高飞越，巴凯先，俞滨，韩志武，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：